JP5454400B2 - プロペラファンおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂材の射出成形により製造されるプロペラファンおよびその製造方法に関するものであり、より詳細には、耐久性を高めたプロペラファンおよびその製造方法に関する。

従来、空気調和機の室外機や空気清浄機、換気装置等に備えられて、空気等の流体送りに使用されるプロペラファンとしては、アクリル樹脂等の熱可塑性樹脂に、ガラス繊維等を所定の割合（例えば、３０重量％）で混ぜ込んだ繊維強化プラスチック（ＦＲＰ−Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）を用い、射出圧力や金型温度等の成形条件を所定の値として射出成形によって形成するものが知られている。

図５には、上述したプロペラファンの射出成形に用いられる一般的な射出成形機１１０を示している。この射出成形機１１０は、素材である樹脂材を溶融させてこれを射出する射出ユニット１１１と、射出ユニット１１１からの溶融樹脂を型成形する金型１１２と、成形後に金型１１２を開く型開閉機構１１３と、型開き後に成形品を突き出してこれを離型させる突出機構１１４とを備えている。

次に、この金型１１２を用いた成形加工手順を、図６乃至図８を用いて説明する。図６に示すように、金型１１２は、固定型１２１と、移動型１２２と、これら両者の中間に位置する中間金型１２３とを備えた３ピース型の金型であって、移動型１２２の後方側には突出機構１１４により駆動される複数の突出ピン１２４が配置されている。

そして、固定型１２１と移動型１２２と中間金型１２３とを所定の型締め圧力で接合した状態で、移動型１２２と中間金型１２３との間に形成された図示しないキャビティ内に、固定型１２１と中間金型１２３とに跨って形成された図示しないランナーを通して、射出ユニット１１１から溶融樹脂が射出されることでキャビティの内面形状に合致した成形品が形成される。

図７には、成形後、固定型１２１と移動型１２２と中間金型１２３とを相互に引き離して型開きした状態を示している。この型開きによって、キャビティ内で成形された成形品１１６は移動型１２２の成形面に付着した状態で残留し、また、ランナー内で固化したランナー部１１７は固定型１２１側に付着した状態で残留している。

金型１１２を型開きした状態で、図８に示すように、突出ピン１２４を前進させ、突出ピン１２４によって成形品１１６を移動型１２２から離脱させるとともに、ランナー部１１７を固定型１２１から離脱させる。このようにして製造される成形品１１６が、図３に示すような成形目的物であるプロペラファン１０１である。また、金型１１２におけるプロペラファン１０１の射出成形状態を図４に示している。

図３に示すように、プロペラファン１０１は、周壁１０５と端面壁１０６とを有し、端面壁１０６の中心部に、プロペラファン１０１を回転させる図示しないモータの駆動軸を挿入するためのボス１０４が設けられた略有底円筒形状のハブ１０２と、ハブ１０２の周壁１０５上に一体的に取り付けられた同形状の三枚の羽根１０３とを備えている。上述したように、このプロペラファン１０１は、図４に示すような金型１１２を備えた射出成型機１１０を使用して、射出成形により製造される。

図４に示すように、移動型１２２と中間金型１２３とを接合すると、移動型１２２と中間金型１２３との間にキャビティ１２７が形成される。また、固定型１２１と中間金型１２３とを接合すると、固定型１２１と中間金型１２３との間には、射出ユニット１１１の射出ノズル１１１ａから射出される溶融樹脂をキャビティ１２７へ供給するためのランナー１２８が形成される。

尚、キャビティ１２７は、ハブ１０２の離型性を考慮して、移動型１２２側の成形面１２５が羽根１０３の正圧面１０３ａを、中間金型１２３側の成形面１２６が羽根１０３の負圧面１０３ｂを、それぞれ構成するように形状が設定されている。また、ランナー１２８は、図３に示すように、プロペラファン１０１の羽根１０３の枚数に対応するような三叉分岐路状の形状とされており、ランナー１２８の各分岐路部の下流端は、キャビティ１２７への溶融樹脂の射出口として機能するゲート１２９とされている。

従って、射出ノズル１１１ａから所定の射出圧力で溶融樹脂がランナー１２８を通ってキャビティ１２７内に射出され、これがキャビティ１２７内に充填されることで、キャビティ１２７の内面形状に合致した形状を持つプロペラファン１０１が成形される。

この時、ランナー１２８内には、ここに供給された溶融樹脂によってランナー１２８の内面形状に合致した形状を持つランナー部１１７が成形されており、ランナー部１１７は、各ゲート１２９でプロペラファン１０１と一体的に連結されている。プロペラファン１０１とランナー部１１７とは、金型１１２の型開き時に各ゲート１２９において切断分離される。従って、図３に示すように、成形後のプロペラファン１０１の端面壁１０６上には、ランナー部１１７との切断跡、すなわち、３箇所のゲート痕１１８が残る。

ところで、一般にプロペラファンの羽根の形状は、送風性能に大きく影響するため、極めて精密な計算のもとで設計されており、特にプロペラファンの製作に際しては、設計形状に合致した羽根の形状が得られるよう細心の注意を払う必要がある。

例えば、ランナー１２８のゲート１２９を、キャビティ１２７の羽根１０３の翼面（図４に示す負圧面１０３ｂ）に対応する位置に設定すると、成形されるプロペラファン１０１の各羽根１０３の翼面上にそれぞれゲート痕１１８が残り、このゲート痕１１８の存在によって翼面が凹凸となって翼面形状が設計形状とは異なったものとなるため、送風性能が低下することが懸念される。

従って、従来一般には、図３および図４に示すように、各ゲート１２９を、羽根１０３側に設けることを避けて、ハブ１０２の端面壁１０６上で、かつ、周壁１０５の羽根１０３の付け根に対応する位置に設定する。
尚、以上説明した従来のプロペラファンの形状や製造方法については、例えば、特許文献１における従来技術の説明に記載されている。

ところで、以上説明した従来のプロペラファンでは、射出成形の際のゲート１２９の個数が、各羽根１０３に対して１箇所であるため、図９に示すように、ゲート１２９からキャビティ１２７に流入した溶融樹脂は、記号４００で示す樹脂の流れのように流れる。

具体的には、ゲート１２９からキャビティ１２７に流入した溶融樹脂は、ゲート１２９からキャビティ１２７内を広がるように流れ、図９に示す樹脂の流れ４００（４００ａ〜４００ｆ）のように流れる。羽根１０３は、ハブ１０２の周壁１０５に付根部２００で接合しているが、この付根部２００から羽根１０３の先端部へかけての厚さは、図４に示すように、付根部２００から羽根１０３の先端部に向かうにつれて薄くなっている。

ゲート１２９から流入した溶融樹脂は、ゲート１２９（ゲート痕１１８）直下の付根部２００に最初に到達する。到達した溶融樹脂は、上述した付根部２００から羽根１０３の先端部へかけての厚さの違いのために、羽根１０３の方向へ流れるより先に付根部２００に沿う方向、つまり、図９に示す樹脂の流れ４００ａおよび４００ｂのように流れる。そして、その他の経路で付根部２００に到達した溶融樹脂は、この樹脂の流れ４００ａおよび４００ｂに押されて、図９に示す樹脂の流れ４００ｃ〜４００ｆのように、付根部２００に沿う方向に流れる。

溶融樹脂は、繊維強化プラスチックであり、長繊維３００を含んでいるが、この長繊維３００の配向方向は樹脂の流れに平行となるので、上述した樹脂の流れ４００ａ〜４００ｆによって、その配向方向が付根部２００に沿う方向へと配向する。プロペラファン１０１を回転させた際に付根部２００に加わる力によって、付根部２００には、付根部２００に沿った方向に亀裂が入る虞があるが、この亀裂が入る方向と長繊維３００の配向方向とが同じであると、付根部２００に加わる力に対する強度が劣化するため、プロペラファン１０１を回転させた際に、比較的低い回転数（例えば、２，５００ｒｐｍ）で、付根部２００で羽根１０３が破断する虞があった。

特許第３９２８３８０号公報（第２〜３頁、第３図〜第８図）

本発明は以上述べた問題点を解決し、羽根の付根部の強度を上げ、より高い回転数で回転させても羽根の付根部が破断しないプロペラファンおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は上述の課題を解決するものであって、本発明のプロペラファンは、 端面壁と周壁とからなるハブと、ハブの外周に複数枚の羽根を備え、長繊維を含有する樹脂材を用いた射出成形によって成形されるものであって、ハブに対する一枚の羽根の付根部に対応する端面壁の部位に、長繊維を含有する樹脂材を射出するための射出位置を複数設けて成形することによって、長繊維を含有する樹脂材の流れ方向が、隣り合う射出位置からの樹脂材の流れにより規制され、羽根の付根部の幅方向に対して直交する方向となるようにしたものである。

また、複数の射出位置は、プロペラファンの回転中心を中心とした円周方向に分散配置されたものである。さらには、複数の射出位置は、プロペラファンの回転中心を中心とする同一円周上に分散配置したものである。

また、本発明のプロペラファンの製造方法は、端面壁と周壁とからなるハブと、ハブの外周に複数枚の羽根を備えたプロペラファンを、キャビティと、キャビティにゲートを介して接続され長繊維を含有する溶融樹脂の射出通路となるランナーとを備えた金型を用い、キャビティ内にランナーを通して溶融樹脂を射出して成形するものであって、キャビティにおけるプロペラファンの羽根の付根部に対応する端面壁の部位に、ゲートが複数設定されているものである。

本発明のプロペラファンおよびその製造方法は、１枚の羽根につき複数の射出位置を備えるよう金型に複数のゲートを設定し、射出成形によりプロペラファンを製造するので、羽根の付根部においては、付根部の幅方向に対して直交する方向に溶融樹脂が流れて、溶融樹脂に含有される長繊維の配向方向も
付根部の幅方向に対して直交する方向となる。従って、羽根の付根部の強度が向上し、より耐久性を高めたプロペラファンを提供することができる。

本発明の製造方法により製造されるプロペラファンの説明図であり、（Ａ）はプロペラファンの斜視図、（Ｂ）は（Ａ）における矢視Ａである。 本発明の製造方法によるプロペラファンの、羽根の付根部の状態を説明する図面である。 従来の製造方法により製造されるプロペラファンの斜視図である。 従来の製造方法によるプロペラファンの射出成形状態を示す断面図である。 射出成形機の全体図である。 金型の射出成形状態の説明図である。 金型の型開き状態の説明図である。 金型からの成形品の離型状態を説明する図面である。 従来の製造方法によるプロペラファンの、羽根の付根部の状態を説明する図面である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、実施例としては、空気調和機の室外機に設けられるプロペラファンを例に挙げて説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することができる。

図１は、本発明に係る製造方法によって製造されるプロペラファン１を示している。このプロペラファン１は、アクリル樹脂やポリスチレン樹脂等の熱可塑性樹脂に、ガラス繊維や炭素繊維、タルク等といった針状形状や帯状形状を有する長繊維（長さ０．２〜０．５ｍｍ）を所定の割合（例えば、１０〜４０重量％）で混ぜ込んだ繊維強化プラスチック（ＦＲＰ−Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）を用い、射出圧力や金型温度等の成形条件を所定の値として射出成形によって形成するものである。尚、長繊維は、プロペラファン１の強度を向上するための添加物であって、射出成形時に溶融状態となった熱可塑性樹脂の流動方向に略平行に配向するものであればよい。

図１（Ａ）に示すように、プロペラファン１は、周壁５と端面壁６とを有し、端面壁６の中心部にはプロペラファン１を回転させる図示しないモータの駆動軸を挿入するためのボス４が設けられた略有底円筒形状のハブ２と、ハブ２の周壁５上に一体的に取り付けられた同形状の三枚の羽根３とを備えている。尚、プロペラファン１を製造するための金型は、後述するランナー形状や射出位置を除いて、図４に示す従来の金型と同様であるため、詳細な説明を省略する。また、プロペラファン１の射出成形に用いられる射出成形機や、金型を用いた成形加工手順についても、図５乃至図８に示す従来の射出成形機や成形加工手順と同様であるため、詳細な説明を省略する。

プロペラファン１を製造するための金型の、図示しない固定型と中間金型との間には、図１（Ａ）に示すような、射出成型機から射出される溶融樹脂をキャビティへ供給するためのランナー８が形成される。このランナー８は、プロペラファン１の羽根３の枚数（三枚）に対応するような三叉分岐路状の形状とされており、各分岐路の下流端は、更に３本の分岐路に分岐されており、その先端がゲート９（中央が９ａ、羽根３の前縁３ｃ側が９ｂ、羽根３の後縁３ｄ側が９ｃ）となっている。

ランナー８に供給された溶融樹脂によって形成される図示しないランナー部は、各ゲート９でプロペラファン１と一体的に連結されており、成形後のプロペラファン１の端面壁６上には、図１（Ａ）および（Ｂ）に示すように、ランナー部との切断跡、すなわち、１枚の羽根３に対して３箇所の射出位置であるゲート痕７が残る。

図１（Ｂ）に示すように、３箇所のゲート痕７は、羽根３の周壁５における付根部２０の幅方向に対し、付根部２０の右端（後縁３ｄ側）および左端（前縁３ｃ側）から、それぞれ寸法Ｈの位置（プロペラファン１の回転中心から、付根部２０の幅方向における中央部を通る直線Ｌ上）で、かつ、プロペラファン１の回転中心を中心とする円周Ｃ上に中央のゲート痕７ａが、ゲート痕７ａからプロペラファン１の回転中心を中心として左右にそれぞれ２０°回転させた位置で、かつ、プロペラファン１の回転中心を中心とする円周Ｃ上に左右のゲート痕７ｂおよびゲート痕７ｃが、それぞれ配置されている。尚、付根部２０は、溶融樹脂が流れやすいようにするため、また、強度を上げるために、羽根３の正圧面側および／または負圧面側に所定の曲率半径（例えば、３ｍｍ）としたアール面を設けてもよい。

また、図１（Ｂ）に示すように、羽根３は隣り合う羽根３同士の角度が、プロペラファン１の回転中心を中心として１２０°の間隔で配置されているので、各羽根３に対応する３箇所のゲート痕７（７ａ、７ｂおよび７ｃ）も、それぞれ羽根３と同様に１２０°の間隔で配置されている。
尚、各ゲート９ａ，９ｂおよび９ｃは、それぞれゲート痕７ａ、７ｂおよび７ｃと対応する位置となるよう、金型に設けられる。

次に、図１および図２を用いて、本発明の製造方法により製造されたプロペラファン１の効果について説明する。上述したように、プロペラファン１の端面壁６上には、１枚の羽根３に対し３個のゲート９が設けられる。ゲート９は、図示しないランナー部との接合部であり、プロペラファン１の射出成形時はゲート９から溶融樹脂が図示しないプロペラファン１の金型のキャビティ内に流入する。

従来のプロペラファンの製造方法では、図３および図９を用いて説明したように、各羽根につきゲートが１箇所であったため、羽根の付根部で溶融樹脂に含まれる長繊維が付根部に平行に配向し、付根部の強度が落ちることによって、比較的低い回転数（例えば、２５００ｒｐｍ）で付根部が破断する虞があった。

これに対し、本発明のプロペラファンの製造方法では、各羽根３につきゲート９が３個設けられているため、図２に示すように、３箇所のゲート９から溶融樹脂が周壁５（に対応するキャビティ）に沿って、記号４０で示す樹脂の流れのような経路で付根部２０へ向かって流れる。

具体的には、３個のゲート９からキャビティに流入した溶融樹脂は、各ゲート９から放射状に広がるように流れ、図２に示す樹脂の流れ４０（４０ａ〜４０ｉ）のように流れる。羽根３は、ハブ２の周壁５に付根部２０で接合しているが、この付根部２０から羽根３の先端部にかけての厚さは、付根部２０から羽根３の先端部に向かうにつれて薄くなっている。

ゲート９（ゲート痕７）から流入し、付根部２０に到達した溶融樹脂は、断面積が狭い羽根３の方向へ流れるより先に、断面積が広い付根部２０に沿う方向に流れようとするが、各ゲート９ａ〜９ｃ（ゲート痕７ａ〜７ｃ）からキャビティに流入し付根部２０へ到達する溶融樹脂は、ほぼ同じタイミングで付根部２０へ到達するため、樹脂の流れ４０ａ〜４０ｉは互いにその流れ方向を規制し合うので、樹脂の流れ方向４０ａ〜４０ｉは全て付根部２０に対し直交方向となる。

溶融樹脂は、繊維強化プラスチックであるため、長繊維３０を含んでいるが、この長繊維３０の配向方向は樹脂の流れに平行となるので、図２に示すように、長繊維３０は溶融樹脂の流れに沿って付根部２０の幅方向に対し直交する方向に配向する。プロペラファン１を回転させた際に付根部２０に加わる力によって、付根部２０には、付根部２０に沿った方向に亀裂が入る虞があるが、本実施例では、この亀裂が入る方向と長繊維３０の配向方向とが直交する方向となっているので、付根部２００に加わる力に対する強度が向上し、より高い回転数（例えば、３５００ｒｐｍ）でプロペラファン１を回転させても、付根部２０が破断しない。

以上説明した実施例では、ゲート９を３個設ける場合について説明したが、ゲートが２個あるいは４個以上であってもよい。但し、複数存在するゲートは、対応するゲート痕の位置で説明すると、図１（Ｂ）の直線Ｌ（付根部２０の中央部）を境に左右に分散配置する必要がある。また、３個のゲート９は、プロペラファン１の回転中心を中心とする同一円周上に分散配置される場合について説明したが、１個のゲート（に対応するゲート痕）と回転中心とを結ぶ直線上に他のゲートが配置されなければ、図１（Ｂ）に示すように、例えば、ゲート痕７ａをゲート痕７ｃに対して回転中心に近い位置であるゲート痕７ｄ、ゲート痕７ｂをゲート痕７ｄに対して回転中心に近い位置であるゲート痕７ｅ、と配置してもよい。

以上説明した通り、本発明のプロペラファンおよびその製造方法は、１枚の羽根につき複数の射出位置を備えるよう金型に複数のゲートを設定し、射出成形によりプロペラファンを製造するので、羽根の付根部においては、付根部の幅方向に対して直交する方向に溶融樹脂が流れて、溶融樹脂に含有される長繊維の配向方向も付根部の幅方向に対して直交する方向となる。従って、羽根の付根部の強度が向上し、より耐久性を高めたプロペラファンを提供することができる。

１ プロペラファン
２ ハブ
３ 羽根
３ｃ 前縁
３ｄ 後縁
４ ボス
５ 周壁
６ 端面壁
７、７ａ〜７ｅ ゲート痕
８ ランナー部
８ａ 分配部
９、９ａ〜９ｅ ゲート
２０ 付根部
３０ 長繊維
４０、４０ａ〜４０ｉ 樹脂の流れ

Claims (5)

1. 端面壁と周壁とからなるハブと、同ハブの外周に複数枚の羽根を備え、長繊維を含有する樹脂材を用いた射出成形によって成形されたプロペラファンであって、
   前記ハブに対する一枚の前記羽根の付根部に対応する前記端面壁の部位に、前記長繊維を含有する樹脂材を射出するための射出位置を複数設けて成形したことを特徴とするプロペラファン。
2. 複数の前記射出位置は、前記ハブに対する一枚の前記羽根の付根部における前記長繊維を含有する樹脂材の流れ方向が、隣り合う前記射出位置からの前記樹脂材の流れにより規制され、前記羽根の付根部の幅方向に対して直交する方向となるように設けられたことを特徴とする請求項１に記載のプロペラファン。
3. 複数の前記射出位置は、前記プロペラファンの回転中心を中心とした円周方向に分散配置されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロペラファン。
4. 複数の前記射出位置は、前記プロペラファンの回転中心を中心とする同一円周上に分散配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載のプロペラファン。
5. 端面壁と周壁とからなるハブと、同ハブの外周に複数枚の羽根を備えたプロペラファンを、キャビティと、同キャビティにゲートを介して接続され長繊維を含有する溶融樹脂の射出通路となるランナーとを備えた金型を用い、前記キャビティ内に前記ランナーを通して前記溶融樹脂を射出して成形するプロペラファンの製造方法であって、
   前記キャビティにおける前記プロペラファンの前記羽根の付根部に対応する前記端面壁の部位に、前記ゲートが複数設定されていることを特徴とするプロペラファンの製造方法。

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